본 연구에서는 현탁중합을 통해 이온교환입자를 합성하였다. 또한 음이온 교환막을 제조하기 위해 brominated poly(phenylene oxide) (Br-PPO)로 교환막 합성을 진행하였으며, 합성한 이온교환입자를 Br-PPO에 첨가하여 음이온 교환막 에 성능을 향상시키고자 하였고, 이를 적용하여 음이온 교환막 연료전지 시스템의 성능 평가를 진행했다. 이온교환입자는 FT-IR, TGA 및 UTM을 통해 구조 분석, 열적 기계적 특성을 평가하였다. Br-PPO는 NMR을 통해 화학적 구조 분석 및 합성 여부를 확인하였고, 음이온 교환막 연료 전지 셀 테스트를 진행하기 전 이온전도도와 이온교환용량, 팽윤도 및 수분함수율을 측정해 연구되고 있는 다른 음이온 교환막들과 비교를 통해 성능을 평가했다. 최종적으로 가장 성능이 우수했던 이온교환입 자를 0.7 wt%를 첨가한 Br-PPO-TMA- SDV 음이온 교환막을 연료전지 시스템에 도입하여 상용 막인 FAA-3-50과 성능을 비 교했다.

이 총설에서는 다양한 소재를 이용한 고분자 분리막의 제조를 위한 제조방식, 특성과 여러가지 인자들에 대해서 논의하고자 한다. 분리막 제조방식은 상전이, 계면중합, 연신, 트랙에칭 그리고 전기방사 같은 방법을 주로 강조하여 설명하 고자 하며, 추가적으로 다양한 응용에 따른 제조방식에 대한 한계나 응용성에 대해서도 설명하고자 한다. 또한 다양한 고분자 분리막의 표면거칠기, 표면장력, 표면전하와 표면의 기능성 작용기 같은 표면특성에 대해서도 정리하였으며, 막성능의 향상을 위하여 상전이법이나 계면중합 같은 일반적인 분리막 제조공정에서 필요한 추가적인 향상방법을 나타내었다. 트랙에칭이나 전기방사와 같은 새로운 제조방법의 가능성에 대해서도 분석하였다.

명월(Sedum nussbaumerianum)은 돌나물과(Crassulaceae) 에 속한 다육식물의 일종이다. 명월은 적색, 황색, 녹색의 다 양한 엽색을 가지고 있고 백색 내지 연분홍색의 꽃을 개화하 여 관상가치가 높다. 그러나 학술적으로는 거의 연구된 바가 없는 미지의 식물이다. 이에 따라 본 연구에서는 명월의 생육 에 적합한 적정 주야간 온도를 구명하기 위해 주야간 온도를 각각 20/15, 24/19, 28/23, 32/27℃의 네 가지 단계로 나누 어 설계하였다. 결과에서 명월은 20/15℃ 처리구에서는 초장, 줄기의 지름, 엽폭, 지상부 생체중, 지상부 수분함량, 꽃수, 엽 색과 꽃색의 CIELAB a*가 가장 높은 것으로 나타나 색상 품 질이 우수했던 것으로 평가되었다. 한편, 24/19℃ 처리구에 서는 초폭, 근장, 피복면적, 엽수, 엽장, 지하부 생체중, 지상 부와 지하부 건물중, 개화율, 꽃대의 길이, 화장, 화폭이 가장 높은 것으로 나타나 색상품질은 20/15℃에 비해 상대적으로 낮았으나, 생육수준은 20/15℃ 처리구에 비해 더 우수했던 것으로 평가되었다. 반대로 본 연구에서 상대적으로 가장 높 은 온도수준인 32/27℃에서는 생육수준이 저조하고 과거 연 구에서 스트레스 지표로 사용되었던 엽색의 CIELAB L*과 b* 의 수치가 높았던 것으로 나타났다. 또한 32/27℃ 처리구 에서는 생식생장이 완전히 억제되어 개화율이 0%로 조사되 었다. 마지막으로 피어슨 상관 계수(Pearson correlation coefficient) 분석에서 L*은 지상부 생체중과 음의 상관관계 를 가진 것으로 나타났으며, b*는 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중과 모두 음의 상관관계를 가지는 것으로 나타나 과 거 연구와 마찬가지로 L*과 b*가 식물의 생장과 반비례함을 알 수 있었다. 결론적으로 명월의 식물체의 크기를 유의미하게 증대시키고 개화를 촉진시키기 위해서는 24/19℃에서 재배할 것을 권고하며, 상대적으로 짙은 적색의 엽색과 화색을 가진 식물체를 재배생산 하고자 하는 경우 20/15℃에서 재배할 것 을 권고한다.

백은무(Kalanchoe pumila)는 돌나물과(Crassulaceae)에 속 한 다육식물의 일종이다. 이 종은 학술적으로는 알려진 바가 거의 없는 미지의 식물이나 군생하여 자라며 분홍색 꽃을 개화 하기 때문에 관상가치가 높다. 이에 따라 본 연구에서는 온도 처리에 따른 백은무의 생육과 개화특성에 대해서 조사하였다. 온도는 주간/야간의 온도를 20/15, 24/19, 28/23, 32/27℃ 의 네 가지 단계로 설계하였다. 결과에서 백은무는 20/15℃ 처리구에서 초폭, 줄기의 지름, 피복면적, 엽수, 엽장, 엽폭, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중, 꽃대의 길이, 꽃수, 화 장, 화폭이 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서 백은무는 상대 적으로 저온의 환경에서 더 많은 탄소동화작용을 수행하는 것 으로 보인다. 한편, 24/19℃ 처리구에서는 초장과 정규식생지 수를 나타내는 normalized difference vegetation index (NDVI)가 가장 높은 것으로 나타났으며, 28/23℃ 처리구에서 는 근장과 안토시아닌 반사 지수 2를 나타내는 anthocyanin reflectance index 2(ARI2)가 가장 높은 것으로 나타났다. 32/27℃ 처리구에서는 대부분의 매개변수가 가장 낮은 것으 로 나타났으며, 생육이 거의 정지된 것으로 판단된다. 특히 과 거 연구에서 스트레스 지수로 활용된 매개변수인 CIELAB L* 과 b*는 32/27℃ 처리구에서 가장 높게 나타났다. 상관관계 분석에서는 L*은 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중과 음의 상관관계를 가지는 것으로 나타나 잎의 명도(lightness)가 높 을수록 식물의 생육에 부정적인 것으로 평가되었다. 추가적으 로 b*도 이와 유사한 결과를 나타내었다. 결과적으로 백은무 의 식물체 크기를 유의미하게 증대시키고 개화 품질을 촉진시 켜 관상가치를 극대화하기 위해서는 20/15℃ 수준에서 재배 할 것을 권고한다.

본 연구에서는 낮은 막 저항과 높은 수산화 이온 전도성을 가지는 세공 충진 이온교환막 제조법으로 연구하였다. 알칼리 내구성을 향상하기 위해 폴리 테트라 플로오 에틸렌 소재인 다공성 지지체를 사용하였고 세공에는 단량체 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (DMAEMA), vinylbenzyl chloride (VBC)를 이용하여 copolymer를 제조했다. 가교제는 divinylbenzene (DVB)를 사용하였고 가교제 함량별로 이온교환막을 제조하여 DMAEMA-DVB와 VBC-DMAEMA-DVB copolymer에서 가교제 함량이 미치는 영향에 관해 연구하였다. 그 결과, PTFE 소재 지지체를 이용하여 화학적 안정성이 향상 했고 저압 UV 램프를 사용하여 낮은 온도에서 빠른 광중합이 가능하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 음이온교환 막 연료전지에 요구되는 이온교환막의 물리적 및 화학적 안정성을 확인하기 위해서 인장강도와 내알칼리성 테스트를 진행하였 다. 그 결과, 가교도가 증가할수록 인장강도 대략 40 MPa가 증가하였고, 최종적으로 이온전도도와 내알칼리성 테스트를 통해 가교제 함량이 증가할수록 알칼리 안정성이 증가하는 것을 확인하였다.

상록바위솔속(Sempervivum)은 돌나물과(Crassulaceae)에 속한 하위 속이며 유라시아와 일부 북아프리카에서 분포한다. 상록바위솔속 식물들은 과거 여러 연구에서 약용작물로 활용될 수 있는 가능성을 나타내었다. 그뿐만 아니라 상록바위솔속 식물은 관상용 식물로도 선호된다. 식물의 관상가치를 높이고 적합한 실내 재배조건을 확립하기 위해 적절한 광조건에 대한 연구가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 상록바위솔 ‘블랙탑’(Sempervivum ‘Black Top’)을 실험식물로 공시하였으며, 실내재배에서 세 가지 LED 광질에 따른 ‘블랙탑’의 생장에 미치는 영향을 분석하기 위해 18주 이후의 생장 결과를 조사했다. 결과적으로 ‘블랙탑’의 초장은 3000 K 백색 LED (peak 455, 600 nm)에서 가장 큰 것으로 나타났다. 그리고 엽장은 보라색 LED (peak 450, 650 nm)가 가장 큰 것으로 나타났다. 그러나 반대로 엽폭에서는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다. 한편, 생체중은 6500 K 백색 LED (peak 450, 545 nm)에서 가장 높은 것으로 나타났으며 건물중은 3000 K 백색 LED와 6500 K 백색 LED가 동등한 유의수준을 가지는 것으로 나타났다. 엽록소 수치는 6500 K 백색 LED에서 가장 높게 나타났고 보라색 LED에서는 가장 낮게 나타나 엽록소 수치를 증대시키기 위해서는 분광분포가 균일한 것이 좋은 것으로 나타났다. 이와 연쇄적으로 CIELAB 엽색분석에서 명도를 나타내는 L*은 보라색 LED에서 가장 높게 나타나 스펙트럼이 한 쪽으로 편중될 경우 ‘블랙탑’ 엽색 품질 관리에 불리한 것으로 나타났다. 결과적으로, 위 조사항목들에 대하여 복합적으로 고려할 때 ‘블랙탑’의 생장 촉진과 엽색 품질의 증대를 위해 보라색 LED가 아닌 3000 K 백색 LED 혹은 6500 K의 백색 LED 하에서 재배할 것을 권고한다.

흰꽃세덤(Sedum album)은 포복성으로 자라며 무리 지어 개화하는 특성을 가진 다육식물의 일종이다. 흰꽃세덤은 의약 품에 사용될 수 있는 플라보놀 배당체(flavonol glycoside)를 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. 뿐만 비생물적 스트레 스 요인에 대해 강한 저항성을 가지고 있고 옥상녹화 시스템 (green roof systems)에 많이 사용되는 식물이다. 흰꽃세덤 은 강인한 생명력과 특이한 외형을 기반으로 실내에서 관상식 물로 사용될 수 있는 잠재력도 가지고 있다. 그러나 흰꽃세덤 이 실내식물로써 활용되기 위해서는 생장에 적합한 광질이 구명되어야 한다. 이에 따라 본 실험에서는 인공광원으로 시중 에 상용으로 판매되고 있는 3000, 4100, 6500K 백색 T5 LED를 사용하였으며 식물은 흰꽃세덤의 우량종인 ‘아툼’(S. album cv. Athoum)을 선발하여 본 실험에 적용하였다. 결과 적으로 초장, 초폭, 피복면적, 근장, 분지의 개수와 같은 식물 의 크기를 나타내는 지표는 4100K 백색 LED 처리구에서 크 게 증가하는 것으로 나타났다. 식물의 생체중과 수분함량은 4100K 백색 LED에서 증가하였으나 건물중은 3000K 백색 LED에서 증가하는 것으로 나타났다. CIELAB 중 명도를 나타 내는 L*은 4100K 백색 LED에서 가장 높게 나타났는데 이는 식물의 높은 수분함량으로 인한 세포의 팽창 혹은 에피큐티큘 러 왁스층(epicuticular waxes)의 발달로 추측되었다. CIE76 color difference(ΔE * ab)는 4100K 백색 LED 처리 구와 6500K 백색 LED 처리구 간에 ΔE* ab=5.51로 가장 크게 나타났다. RHS 분석에서는 모든 처리구가 동일하게 N137A, 147A로 평가되었다. 결론적으로 식물을 판매하거나 관상가치 를 향상시킬 목적으로 식물의 크기를 유의미하게 증대시키고 자 하는 경우 4100K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다. 한 편, 살아있는 식물체를 약용으로 사용하거나 2차 대사산물을 추출하고자 하는 경우 4100K 백색 LED의 사용을 권고하며 말린 식물체를 활용하고자 한다면 3000K 백색 LED를 사용 할 것을 권고한다.

꿩의비름은 유라시아와 북미를 기반으로 약 20여개 종이 분포해 있는 것으로 알려져 있다. 일부 꿩의비름은 약용식물 로써 잠재력을 가지고 있으며 토양 내 카드뮴 제거에도 사용 될 수 있다. 그뿐만 아니라 다양한 품종이 출원되어 시장에 유 통되고 있다. 꿩의비름은 내음성이 우수한 것으로 알려져 있 기는 하나 이를 뒷받침해줄 문헌은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서 꿩의비름속 ‘러요시’(Hylotelephium telephium cv. Lajos)와 ‘메디오바리에가툼’(H. sieboldii cv. Mediovariegatum) 품종이 폴리에틸렌 차광막을 활용한 다양한 차광환경에서 어 떤 생장과 엽색 반응을 나타냈는지에 대해서 조사하였다. 결 과적으로 다른 차광수준과 비교했을 때 75% 차광수준에서 초 장과 근장 그리고 잎의 매개변수를 포함하는 식물의 크기에 대해 유의미하게 높게 나타났다. 생체중과 건물중 분석에서는 ‘러요시’는 45%의 차광수준을 선호하는 것으로 나타났으며, ‘메디오바리에가툼’은 75% 차광수준을 선호하는 것으로 나타 났다. 엽록소 수치에서 ‘러요시’는 75% 차광수준에서 가장 높 은 엽록소 수치를 나타내었고, ‘메디오바리에가툼’은 35% 차 광수준에서 가장 높은 엽록소 수치를 나타내었다. CIELAB 엽 색상 분석에서는 ‘러요시’의 명도 L*과 황색도 b* 값이 99% 차광수준에서 가장 높게 나타나 다른 차광수준에 비해 엽색이 황화한 것으로 평가되었다. 한편, ‘메디오바리에가툼’은 60% 차광수준에서 L*과 b* 값이 가장 높게 나타났다. RHS 값에 대 한 평가에서는 ‘러요시’가 0%에서 75%까지의 차광수준에서 146A, 147B로 평가되어 해당 범위의 차광수준에서는 균일한 엽색을 유지할 수 있을 것으로 보인다. 다른 한편, ‘메디오바 리에가툼’은 0% 차광수준에서는 194A, 195A, 99% 차광수준 에서는 148A, 152A로 평가되어 광도가 너무 높거나 낮은 경 우 무늬의 분포율을 저하시키는 것으로 판단된다. 결론적으로 위 여러 결과들을 종합했을 때, ‘러요시’는 45~75% 사이의 차광수준에서 재배할 것을 권고하며 ‘메디오바리에가툼’은 75% 차광수준에서 재배할 것을 권고한다.